高中物理人教版必修二第五章第七节生活中的圆周运动导学案

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1、7.生活中的圆周运动问题导学一、火车转弯问题[来源:Z*xx*k.Com]活动与探究11．在平直轨道上匀速行驶的火车，所受的合力为零，那么火车在转弯时呢？是什么力提供向心力？2．内外铁轨相平时，铁轨怎么会对火车提供水平方向的作用力呢？3．内外铁轨相平时，使外轨对外轮轮缘的弹力提供使火车转弯的向心力，这种方法在实际中可取吗？为什么？4．为了使铁轨不受到损坏，在铁轨铺设方面，应该采取怎样的措施呢？迁移与应用1[来源:学。科。网]铁路转弯的圆弧半径是300m，轨距是1435mm，规定火车通过这里的速度是72km/h，内外轨的高度差该是多大时才能使铁轨不受轮

2、缘的挤压？保持内外轨的这个高度差，如果车的速度大于或小于72km/h，会分别发生什么现象？说明理由。1．火车转弯时的圆周平面虽然外轨略高于内轨，但整个外轨是等高的，整个内轨也是等高的，因而火车在行驶过程中，火车的重心高度不变，即火车重心的轨迹在同一个水平面内。故火车做圆周运动的圆周平面是水平面，而不是斜面，火车的向心加速度和向心力均是沿水平方向指向圆心。2．速度与轨道压力的关系（1）当火车行驶速度v等于规定速度v0时，所需向心力仅由重力和弹力的合力提供，此时内外轨道对火车无挤压作用。（2）当火车行驶速度v与规定速度v0不相等时，内外轨道对火车轮缘有挤

3、压作用，具体情况如下：①当v＞v0时，外轨道对轮缘有侧压力。②当v＜v0时，内轨道对轮缘有侧压力。二、竖直面内的圆周运动活动与探究21．如图所示，质量为m的汽车在桥面上以速度v行驶，桥面的圆弧半径为R，汽车通过最高点时对桥面的压力为多大？2．如果汽车在桥面上的速度不断增大，汽车对桥面的压力怎样变化？最终可能会发生什么现象？3．小球在绳子牵引力作用下在竖直平面内做圆周运动，我们把这叫做圆周运动的“绳模型”，在“绳模型”中，小球经过最高点时最小速度等于多少？此时小球受力有何特点？（绳长为l，重力加速度等于g）4．小球在硬杆约束下在竖直平面内做圆周运动，我

4、们把这叫做圆周运动的“杆模型”，在“杆模型”中，探究在轨道的最高点硬杆对小球的作用力情况。迁移与应用2绳系着装水的桶，在竖直平面内做圆周运动，水的质量m＝0.5kg，绳长L＝60cm，g取10m/s2。求：（1）最高点水不流出的最小速率。（2）水在最高点的速率v＝4m/s时，水对桶底的压力。竖直面内圆周运动的临界问题1．轻绳模型如图所示，细绳系的小球或在轨道内侧运动的小球，在最高点时的临界状态为只受重力，即，则。在最高点时：（1）时，拉力或压力为零。（2）时，物体受向下的拉力或压力。（3）时，物体不能到达最高点。[来源:学科网]即绳类的临界速度为。2

5、．轻杆模型如图所示，在细轻杆上固定的小球或在管形轨道内运动的小球，由于杆和管能对小球产生向上的支持力，所以小球能在竖直平面内做圆周运动的条件是：在最高点的速度大于或等于零，小球的受力情况为：（1）v＝0时，小球受向上的支持力FN＝mg。（2）0＜v＜时，小球受向上的支持力0＜FN＜mg。（3）v＝时，小球除受重力之外不受其他力。（4）v＞时，小球受向下的拉力或压力，并且随速度的增大而增大。即杆类的临界速度为v临＝0。三、失重现象和离心运动活动与探究31．地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球半径（R约为6400km）。如图所示，地面上有一辆

6、汽车，其重力G＝mg，地面对它的支持力是FN。汽车沿南北方向行驶，不断加速。试分析会不会出现这样的情况：速度达到一定程度时，地面对车的支持力是零？这时驾驶员与坐椅之间的压力是多少？驾驶员躯体各部分之间的压力是多少？驾驶员此时可能有什么感觉？2．讨论并思考当提供的外力F大于、等于、小于物体做圆周运动所需要的向心力时，物体做什么样的运动？迁移与应用3如图所示，光滑水平面上，小球m在拉力F作用下做匀速圆周运动。若小球运动到P点时，拉力F发生变化，关于小球运动情况的说法正确的是（　　）A．若拉力突然消失，小球将沿轨迹Pa做离心运动B．若拉力突然变小，小球将沿

7、轨迹Pa做离心运动C．若拉力突然变大，小球将沿轨迹Pb做离心运动D．若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pc做近心运动1．离心运动的实质离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象，它的本质是物体惯性的表现。做圆周运动的物体，总是有沿着圆周切线飞出去的趋向，之所以没有飞出去，是因为受到向心力作用。从某种意义上说，向心力的作用是不断地把物体从圆周运动的切线方向拉回到圆周上来。一旦作为向心力的合外力突然消失，物体就会沿切线方向飞出去。2．物体做离心运动的条件：做圆周运动的物体，一旦提供向心力的外力突然消失，或者外力不能提供足够大的向心力时，物体做远离圆心的运动，即离

8、心运动。3．离心运动的受力特点：物体做离心运动并不是物体受到离心力作用，而是由于外力不能提供足够大的向心力。